(57)【要約】  複合シート材料を形成する方法であって、電極の対に通電してこれらの間に配置された繊維床に静電荷を印可し、それによって繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向するステップと、配向された繊維の少なくとも一部を第１のシートと第２のシートとの間に挟み込むステップとを含む。第１のシートは、その後除去され得る。第３のシートを使用して、繊維を第２のシートと第３のシートとの間に挟み込むことができる。装置（１００）が、本方法を実施するために開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合シート材料を形成する方法であって、電極の対に通電して電極の前記対間に配置された繊維床に静電荷を印可し、それによって前記繊維の少なくとも一部を前記電極に実質的に直交するように配向するステップと、前記配向された繊維の少なくとも一部を第１のシートと第２のシートとの間に挟み込むステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１のシートを電極の前記対の第１のものに隣接して位置付けるステップと、電極の前記対に通電して前記電極の対間に配置された前記繊維床に静電荷を印可し、それによって前記繊維の少なくとも一部を前記電極に実質的に直交するように配向し、前記第１のシートに接着するステップと、前記配向された繊維の少なくとも一部を前記第１のシートと第２のシートとの間に挟み込むステップと、前記第１のシートを除去するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記繊維床が、前記電極の第１のものに隣接して第１の位置に配置され、前記電極を通電することにより、前記繊維の少なくとも一部を前記繊維床から、前記電極の第２のものに向かって移動させる、請求項１または２に記載の方法
【請求項４】
前記第１のシートを前記繊維床と前記第２の電極との間に位置決めするステップであって、それにより、前記繊維床から、前記第２の電極に向かって移動する前記繊維の少なくとも一部が、前記第１のシートに取り付けられるか、または接着される、位置決めするステップを含む、請求項１、２、または３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のシートを、その接着表面を前記繊維床に向けて位置決めするステップであって、それにより、前記繊維床から、前記第２の電極に向かって移動する前記繊維の少なくとも一部が、前記接着表面に直交配向で接着される、位置決めするステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のシートを、その接着表面を、前記第１のシートに取り付けられるかまたは接着された配向された繊維に向けて位置決めするステップであって、それにより、前記繊維を挟むことで、前記繊維の少なくとも一部を前記第２のシートの前記接着表面に接着する、位置決めするステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のシートを除去するステップと、前記配向された繊維の少なくとも一部を前記第２のシートと第３のシートとの間に挟み込むステップとを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第３のシートを、その接着表面を、前記第２のシートに取り付けられるかまたは接着された配向された繊維に向けて位置決めするステップであって、それにより、前記繊維を挟むことで、前記繊維の少なくとも一部を前記第３のシートの前記接着表面に接着する、位置決めするステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のシートが、感圧性または非硬化性接着剤を含み、第２のシート、および存在する場合、前記第３のシートが、構造または硬化性接着剤を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記配向された繊維の少なくとも一部の間に樹脂を導入するステップを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記樹脂が、前記配向された繊維がシートの前記対間に挟み込まれた後に導入される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記樹脂が、前記繊維が配向された後、ただし前記繊維がシートの前記対間に挟み込まれる前に導入される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記配向された繊維間の前記樹脂を硬化または乾燥させるステップを含む、請求項１０、１１、または１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記樹脂を硬化または乾燥させる前に、前記配向された繊維間から前記樹脂の一部を除去または排出または抽出するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記繊維床に対する静電荷を交互に中断および再印可し、前記配向された繊維の少なくとも一部をシートの対間に挟み込む前、前記繊維の少なくとも一部を前記電極に実質的に直交するように配向させるステップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
電極の前記対に交互に通電および通電解除して、前記繊維床に対する前記静電荷を交互に中断および再印可するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記繊維床を電極の前記対から電極の１つまたは複数の別の対まで移動させて、前記繊維床に対する前記静電荷の中断および再印可を交互に行うステップを含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電極の少なくとも１つがパターン付けされて、配向された繊維のパターンを前記複合シート材料内に与える、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記電極の少なくとも１つを移動させて繊維を１つまたは複数の所定の領域内におよび／または所定のパターンに従って配向させ、配向された繊維のパターンを前記複合シート材料内に与えることを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
配向された繊維の前記パターンが、前記シートに実質的に平行な方向に延びる１つまたは複数のラインまたはチャネルを含む、請求項１８または請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記繊維床を前記電極間の空間の内外に搬送するステップを含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のシートを、ロールから、前記電極間の空間の内外に、前記繊維床と前記第２の電極との間の場所まで送るステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２のシートを、ロールから、対向ローラの第１の対間の場所に送るステップと、対向ローラの前記第１の対を使用して、前記配向された繊維を前記第１と第２のシート間に挟み込むステップとを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第３のシートを、ロールから、対向ローラの第２の対間の場所に送るステップと、対向ローラの前記第２の対を使用して、前記配向された繊維を前記第２と第３のシート間に挟み込むステップとを含む、請求項２３に記載に方法。
【請求項２５】
前記第１のシートが、前記配向された繊維から前記第１のシートを除去するために、対向ローラの前記第１の対の下流側の排出ローラまで送られる、請求項２２、２３、または２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記配向された繊維の少なくとも一部間に樹脂を導入するステップと、少なくとも前記第２のシートを変形させるステップと、前記樹脂を硬化または乾燥させて、前記変形された形状を前記第２のシートに少なくとも部分的に保持させるステップとを含む、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
複合シート材料を形成するための装置であって、電極の対であって、電極の前記対間に配置された繊維床に静電荷を印可し、それによって前記繊維の少なくとも一部を前記電極に実質的に直交するように配向する、電極の対と、前記配向された繊維の少なくとも一部を第１と第２のシート間に挟み込むための挟み込み手段とを備える、装置。
【請求項２８】
第１のシートを前記繊維床と前記第２の電極との間に供給するための供給手段であって、それにより、前記繊維の少なくとも一部が前記第２の電極に向かって移動し、前記第１のシートに取り付けられるか、または接着される、供給手段を備える、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記供給手段が、前記第１のシートのロールを担持する第１のローラを含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記供給手段が、前記第２のシートを、前記配向された繊維の少なくとも一部を前記第１のシートと前記第２のシートとの間に挟み込むための前記挟み込み手段に供給するように構成される、請求項２７、２８、または２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記供給手段が、前記第２のシートを電極の前記対の下流に供給するように構成される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記供給手段が、前記第２のシートのロールを担持する第２のローラを含む、請求項３０または３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記挟み込み手段の下流側に、前記第１のシートを除去するための排出手段、たとえば排出ローラを備える、請求項２７から３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記供給手段が、第３のシートを、前記配向された繊維の少なくとも一部を前記第２のシートと第３のシートとの間に挟み込むための前記または別の挟み込み手段に供給するように構成される、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記供給手段が、前記第３のシートのロールを担持する第３のローラを含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記配向された繊維の少なくとも一部間に樹脂を導入または施与するための樹脂導入手段を備える、請求項２７から３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記樹脂導入手段が、圧送もしくは重力送り出し装置などの送り出し装置、または噴霧装置を含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記配向された繊維間の前記樹脂を硬化または乾燥させるための硬化または乾燥手段を備える、請求項３６または請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記硬化または乾燥手段が、ヒータを含む、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記電極を制御するための制御手段であって、前記配向された繊維の少なくとも一部をシートの対間に挟み込む前に、前記繊維床に対する静電荷の中断および再印可を交互に行って、前記繊維の少なくとも一部を前記電極に実質的に直交するように配向するように構成またはプログラムされる制御手段を備える、請求項２７から３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記繊維床を前記電極間の前記空間の内外に搬送するための搬送手段を備える、請求項２７から４０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
前記搬送手段が、前記シートの１つまたは複数に接触するか、またはこれを担持するための１つまたは複数のローラを含み、前記ローラの少なくとも１つが駆動機構によって駆動される、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
さらに、前記第１の電極の対と前記挟み込み手段との間に１つまたは複数の別の電極の対を備え、前記搬送手段が、前記繊維床に対する静電荷の印可および中断を交互に行うために、前記繊維床を前記第１の電極の対から前記別の電極の対まで搬送するように構成され、前記配向された繊維の少なくとも一部をシートの対間に挟み込む前に、前記繊維の少なくとも一部を前記電極に実質的に直交するように配向する、請求項２７または請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記電極の少なくとも１つがパターン付けされて、配向された繊維のパターンを前記複合シート材料内に与える、請求項２７から４３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
前記パターンが１つまたは複数のラインを含み、前記シートに実質的に平行な方向に延びる１つまたは複数のラインまたはチャネルを前記繊維間に与える、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記電極の少なくとも１つが、１つまたは複数の所定の領域内におよび／または所定のパターンに従って繊維を配向するように前記繊維床に対して移動可能であり、配向された繊維のパターンを前記複合シート材料内に与える、請求項２７から４５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４７】
前記または各挟み込み手段が、前記配向された繊維を前記シート間に圧縮するように構成されるか、または動作可能である対向要素を備える、請求項２７から４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記対向要素の少なくとも１つが、ローラを含む、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法および／または請求項２７から４８のいずれか一項に記載の装置を使用することによって形成された複合シート材料。
【請求項５０】
複数の繊維をその一表面に備えたシートを備える複合シート材料の中間生成物であって、前記繊維は、前記シートの前記表面にわたって設けられた感圧性または非硬化性接着剤によって前記シートに実質的に直交するように保持される、中間生成物。
【請求項５１】
前記シートが、放出シートおよび／または犠牲シートである、請求項５０に記載の複合シート材料の中間生成物。
【請求項５２】
さらに、前記繊維が前記シート間に挟み込まれるように構造または硬化性接着剤によって前記複数の繊維に接着された別のシートを備える、請求項５１に記載の生成物。
【請求項５３】
前記繊維の長さが、１０ｍｍ以下、たとえば５ｍｍ以下、たとえば１ｍｍから４ｍｍの間、たとえば２ｍｍから４ｍｍの間である、請求項５０、５１、または５２のいずれか一項に記載の生成物。
【請求項５４】
パターンを与えるために繊維を有さない１つまたは複数の領域を含む、請求項５０から５３のいずれか一項に記載の生成物。
【請求項５５】
前記パターンが、１つまたは複数のラインまたはチャネルを含む、請求項５４に記載の生成物。
【請求項５６】
複数の繊維が実質的にシートに直交するように間に挟み込まれた第１および第２のシートを備える複合シート材料であって、前記繊維が、感圧性または非硬化性接着剤によって前記第１のシートに接着され、構造または硬化性接着剤によって前記第２のシートに接着される、複合シート材料。
【請求項５７】
前記繊維の長さが、１０ｍｍ以下である、請求項５６に記載の複合シート材料。
【請求項５８】
複数の繊維が実質的にシートに直交するように間に挟み込まれる第１および第２のシートを備える複合シート材料であって、前記繊維の長さが、１０ｍｍ以下である、複合シート材料。
【請求項５９】
前記繊維の長さが、たとえば５ｍｍ以下であり、前記繊維の長さは、１ｍｍから４ｍｍの間である、請求項５７または請求項５８に記載の複合シート材料。
【請求項６０】
パターンを与えるために繊維を有さない１つまたは複数の領域を含む、請求項５６から５９のいずれか一項に記載の複合シート材料。
【請求項６１】
前記パターンが、前記シート間に形成された１つまたは複数のラインまたはチャネルを含む、請求項６０に記載の複合シート材料。
【請求項６２】
前記シートの少なくとも１つが、可撓性である、請求項５６から６１のいずれか一項に記載の複合シート材料。
【請求項６３】
前記硬化された接着剤上および前記繊維の少なくとも一部間に樹脂を含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の複合シート材料。
【請求項６４】
前記樹脂が、硬化または乾燥される、請求項６３に記載の複合シート材料。
【請求項６５】
少なくとも１つのシートが、あるまたは前記硬化または乾燥された樹脂によって少なくとも部分的に保持された形状に合わせて変形される、請求項５６から６４のいずれか一項に記載の複合シート材料。
【請求項６６】
複数の繊維が実質的にシートに直交するように間に挟み込まれた第１および第２のシートを備える複合シート材料であって、少なくとも１つのシートが、硬化または乾燥された樹脂によって少なくとも部分的に保持された形状に合わせて変形される、複合シート材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、複合シート材料に関する。より詳細には、限定するものではないが、本発明は、構造コア層によって分離されたパイル層またはスキン層の対を組み込んでサンドイッチ構造の複合材を提供する複合シート材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンドイッチ構造の複合材は、通常、軽量であるが、比較的厚いコア構造を有する、薄いが強度のある外側スキン層を含む。スキン層は、所望の曲がり特性をもたらすように選択可能であり、コア構造は、所望の圧縮特性をもたらすように選択可能である。
【０００３】
スキン層は、しばしば、ガラスまたは炭素繊維で強化された熱可塑性物質または熱硬化性ポリマー（非飽和ポリエステル、エポキシなど）またはシート金属から形成された積層体である。コア構造は、数多くの形態をとることができ、たとえば、開セル構造および閉セル構造の発泡体、たとえばポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエチレン、もしくはポリスチレン発泡体、バルサ材、シンタクチック発泡体またはハニカム構造がある。ハニカム構造は、通常、スキン層に対して垂直に延びて空洞の配列を形成する一連の壁から形成され、たとえば、アルミニウム、またはアラミドポリマーなどのエンジニアリングプラスチックなどの任意の数の材料から形成することができる。
【０００４】
米国特許第３３２８２１８号明細書は、円柱状部材が直角にその間に装着された同一の広がりを有する平行な外側パイル層またはシートを含むサンドイッチ構造の複合材を説明している。パイル層は、金属、スチレンまたは含浸繊維ガラスなどの剛性プラスチック、ボール紙などから形成される。円柱状部材は、プラスチック（たとえばポリスチレン、ナイロン、またはポリエステル）、耐火物（たとえばガラス、アスベストまたはセラミック）、金属（たとえば黄銅、銅、金属タンタル、モリブデン、タングステン、またはアルミニウム）または豚毛もしくはサイザル麻からも形成される。複合材は、接着剤をスキン層の表面に噴霧し、円柱状部材を配向するために静電荷を生じさせるプレートにわたってスキン層を通過させながら、植毛装置を使用して円柱状部材を表面上に堆積することによって形成される。次いで、熱が加えられて接着剤を硬化させ、接着剤を担持する別のスキン層が円柱状部材を覆って置かれ、このとき熱が加えられて接着剤を別のスキン層上で硬化させる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の非限定的な目的は、改良された方法、好ましくは知られている方法よりも信頼性が高くおよび／または簡単であるものによって形成された複合シート材料を提供することである。本発明の別の非限定的な目的は、優れた特性を有する複合シート材料を提供することである。
【０００６】
したがって、本発明の第１の態様は、複合シート材料を形成する方法であって、電極の対に通電してこれらの間に配置された繊維床に静電荷を印可し、それによって繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向するステップと、配向された繊維の少なくとも一部をシートの対間に挟み込むステップとを含む、方法を提供する。
【０００７】
本発明の別の態様は、複合シート材料を形成する方法を提供する。方法は、犠牲シートを電極の対の第１のものに隣接して位置付けるステップと、電極の対に通電してこれらの間に配置された繊維床に静電荷を印可し、それによって繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向し、犠牲シートに接着するステップと、配向された繊維の少なくとも一部を犠牲シートと別のシートとの間に挟み込むステップと、犠牲シートを除去するステップとを含む。
【０００８】
本発明者らは、驚くべきことに、犠牲シートを第１のシートとして使用して、繊維のより均一なおよび／またはより高い密度の充填を達成できることを見出した。
【０００９】
繊維床は、電極の第１のものの上にあるか、またはこれに隣接してもよい第１の位置に配置され得る。電極を通電することにより、繊維の少なくとも一部を第１の位置から、たとえば電極の第２のものに向かって移動させることができる。方法は、第１のシートを繊維床と第２の電極との間に位置決めするステップであって、たとえばそれにより、第１の位置から、たとえば第２の電極に向かって移動する繊維の少なくとも一部が第１のシートに取り付けられるか、または接着される、位置決めするステップを含むことができる。
【００１０】
第１のシートは、感圧性もしくは非硬化性接着剤、または構造もしくは硬化性接着剤を含むことができる接着表面を含むことができる。
【００１１】
感圧性および／または非硬化性接着剤とは、基板、すなわちシートの表面を別の物体、すなわち配向された繊維の表面に非恒久的に解放可能な形で接着するか、または取り付ける接着物質を意味する。物体を基板から解放するには、最小の物理力だけでよい。有利には、この結果、いずれの表面に対しても損傷を生じさせない。さらに、接着剤は感圧性であるため、不完全に接着された繊維は、電荷が除去されたときに繊維床に落下して戻ることになる。これは、電荷の循環を容易にし、それによって接着されなかった繊維を繊維床に落下させて戻し、ここで再配向することができる。構造接着剤が使用される実施形態では、これは可能ではない。
【００１２】
構造または硬化性接着剤とは、基板、すなわちシートの表面を別の物体、すなわち配向された繊維の表面に恒久的であり解放不能な形で接着するか、または取り付ける接着剤を意味する。硬化性接着剤は、通常、化学反応を経て２つの表面を一緒に恒久的に結合させる。これは、たとえば、熱、化学触媒などの触媒、またはＵＶ光を使用して開始され得る。好ましくは、物体は、基板に恒久的に結合され、大きな物理的力無しでは除去することはできず、結果として両方の表面に損傷を生じさせる。
【００１３】
方法は、第１のシートを、その接着表面を繊維床に向けて位置決めするステップであって、たとえばそれにより、第１の位置から、たとえば第２の電極に向かって移動する繊維の少なくとも一部が、この接着表面に直交配向で接着される、位置決めするステップを含むことができる。
【００１４】
方法は、配向された繊維の少なくとも一部を第１のシートと第２のシートとの間に挟み込むステップを含むことができる。第２のシートは、感圧性もしくは非硬化性接着剤、または構造もしくは硬化性接着剤を含むことができる接着表面を含むことができる。方法は、第２のシートを、その接着表面を、第１のシートに取り付けられるか、または接着された、配向された繊維に向けて位置決めするステップであって、たとえばそれにより、これらの繊維を挟むことで、これらの少なくとも一部を第２のシートの接着表面に接着する、位置決めするステップを含むことができる。
【００１５】
諸実施形態では、第１および第２のシートの各々の接着表面は、構造または硬化性接着剤を含む。
【００１６】
方法は、第１のシートを除去するステップ、および／または配向された繊維の少なくとも一部を第２のシートと第３のシートとの間に挟み込むステップを含むことができる。第３のシートは、感圧性もしくは非硬化性接着剤、または構造もしくは硬化性接着剤を含むことができる接着表面を含むことができる。方法は、第３のシートを、その接着表面を、第２のシートに取り付けられるか、または接着された、配向された繊維に向けて位置決めするステップであって、たとえばそれにより、これらの繊維を挟むことで、これらの少なくとも一部を第３のシートの接着表面に接着する、位置決めするステップを含むことができる。
【００１７】
諸実施形態では、第１のシートの接着表面は、感圧性または非硬化性接着剤を含み、第２および第３のシートの接着表面は、構造または硬化性接着剤を含む。
【００１８】
方法は、配向された繊維の少なくとも一部の間に樹脂を導入するステップを含むことができる。樹脂は、配向された繊維がシートの対間に挟み込まれた後に導入され得る。樹脂は、繊維が配向された後、ただしこれらがシートの対間に挟み込まれる前に導入されてもよい。方法は、配向された繊維間の樹脂を硬化または乾燥させるステップを含むことができる。方法は、たとえば樹脂を硬化または乾燥させる前に、配向された繊維間から樹脂の一部を除去または排出または抽出するステップを含むことができる。
【００１９】
方法は、たとえば配向された繊維の少なくとも一部をシートの対間に挟み込む前、たとえば繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向するために、繊維床に対する静電荷の中断および再印可を交互に行うステップを含むことができる。方法は、たとえば繊維床に対する静電荷の中断および再印可を交互に行うために、電極の対に通電および通電解除を交互に行うステップを含むことができる。方法は、たとえば、繊維床に対する静電荷の中断および再印可を交互に行うために、繊維床を電極の対から電極の１つまたは複数の別の対まで移動させるステップを含むことができる。
【００２０】
電極の少なくとも１つ、たとえば両方または各々は、たとえば配向された繊維のパターンを複合シート材料内に与えるためにパターン付けされ得る。追加的にまたは代替的に、方法は、たとえば配向された繊維のパターンを複合シート材料内に与えるために、電極の少なくとも１つを移動させて繊維を１つまたは複数の所定の領域内におよび／または所定のパターンに従って配向するステップを含むことができる。配向された繊維のパターンは、シートに実質的に平行な方向に延びることができる１つまたは複数のラインまたはチャネルを含むことができる。
【００２１】
方法は、繊維床を、たとえば電極間の空間の内外に搬送するステップを含むことができる。方法は、第１のシートを、たとえばロールから、電極間の空間、たとえば繊維床と第２の電極との間の場所の内外に送るステップを含むことができる。
【００２２】
方法は、第２のシートを、たとえばロールから、対向ローラの第１の対間の場所に送るステップを含むことができる。方法は、対向ローラの第１の対を使用して、配向された繊維を第１と第２のシート間に挟み込むステップを含むことができる。
【００２３】
方法は、第３のシートを、たとえばロールから、対向ローラの第２の対間の場所に送るステップを含むことができる。方法は、対向ローラの第２の対を使用して、配向された繊維を第２と第３のシート間に挟み込むステップを含むことができる。
【００２４】
第１のシートは、配向された繊維から第１のシートを除去するために、対向ローラの第１の対の下流側にあってよい排出手段またはローラに送られ得る。
【００２５】
シートの少なくとも１つは可撓性であってよい。方法は、配向された繊維の少なくとも一部間に樹脂を導入するステップを含むことができる。方法は、少なくとも１つのシートを変形させるステップを含むことができる。方法は、たとえば変形された形状を複合シートに少なくとも部分的に保持させるために、樹脂を硬化または乾燥させるステップを含むことができる。
【００２６】
本発明の別の態様は、たとえば上記で説明した方法によって複合シート材料を形成するための装置を提供する。
【００２７】
装置は、電極の対であって、たとえばこれらの間に配置された繊維床に静電荷を印可し、たとえばそれによって繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向する、電極の対を備えることができる。装置は、たとえば配向された繊維の少なくとも一部をシートの対間に挟み込むための挟み込み手段を備えることができる。
【００２８】
装置は、第１のシートを繊維床と第２の電極との間に供給するための供給手段であって、たとえばそれにより、繊維の少なくとも一部は第２の電極に向かって移動し、第１のシートに取り付けられるか、または接着される、供給手段を備えることができる。供給手段は、第１のシートのロールを担持する第１のローラを含むことができる。第１のシートは、感圧性もしくは非硬化性接着剤、または構造もしくは硬化性接着剤を含むことができる接着表面を含むことができる。
【００２９】
供給手段は、接着表面を備えた第１のシートを備えることができ、この接触表面は、第１のシートが繊維床と第２の電極との間に供給されるときに繊維床を向き、たとえばそれにより、第２の電極に向かって移動する繊維の少なくとも一部は、接着表面に直交配向で接着する。
【００３０】
供給手段は、第２のシートを、たとえば、配向された繊維の少なくとも一部を第１のシートと第２のシートとの間に挟み込むための挟み込み手段に供給するように構成され得る。供給手段は、第２のシートのロールを担持する第２のローラを含む。第２のシートは、感圧性もしくは非硬化性接着剤、または構造もしくは硬化性接着剤、たとえば光硬化性接着剤を含むことができる接着表面を含むことができる。
【００３１】
供給手段は、接着表面を備えた第２のシートを備えることができ、この接触表面は、第１のシートに取り付けられるか、または接着された、配向された繊維を向き、たとえばそれにより、これらの繊維を挟み込むことで、これらの少なくとも一部を第２のシートの接着表面に接着する。
【００３２】
諸実施形態では、第１および第２のシートの各々の接着表面は、構造または硬化性接着剤を含む。
【００３３】
装置は、挟み込み手段の下流側にあってよい、第１のシートを除去するための排出手段を備えることができる。排出手段は、排出ローラを含むことができる。
【００３４】
供給手段は、第３のシートを、たとえば、配向された繊維の少なくとも一部を第２のシートと第３のシートとの間に挟み込むための上記または別の挟み込み手段に供給するように構成され得る。供給手段は、第３のシートのロールを担持する第３のローラを含む。第３のシートは、感圧性もしくは非硬化性接着剤、または構造もしくは硬化性接着剤を含むことができる接着表面を含むことができる。
【００３５】
供給手段は、接着表面を備えた第３のシートを備えることができ、この接触表面は、第２のシートに取り付けられるか、または接着された、配向された繊維を向き、それにより、これらの繊維を挟み込むことで、これらの少なくとも一部を第３のシートの接着表面に接着する。
【００３６】
諸実施形態では、第１のシートの接着表面は、感圧性もしくは非硬化性接着剤を含み、第２および第３のシートの接着表面は、構造もしくは硬化性接着剤を含む。
【００３７】
装置は、たとえば接着剤をシートの１つまたは複数に導入または施与するための接着剤導入手段を備えることができる。装置は、たとえば配向された繊維の少なくとも一部間に樹脂を導入または施与するための樹脂導入手段を備えることができる。接着剤導入手段または樹脂導入手段の少なくとも１つまたはその各々は、圧送もしくは重力送り出し装置などの送り出し装置、または噴霧装置を含むことができる。
【００３８】
装置は、接着剤または樹脂を硬化または乾燥させるための硬化または乾燥手段を備えることができる。硬化または乾燥手段は、ヒータを含むことができる。追加的にまたは代替的に、硬化または乾燥手段は、光源、マイクロ波、無線周波などを含むことができる。
【００３９】
装置は、制御ユニット、制御モジュールまたは制御装置などの制御手段を備えることができる。制御手段は、たとえば上記で説明した方法の１つまたは複数のステップまたは特徴を実施するために、装置の１つまたは複数の特徴を制御するように、または制御する目的で動作可能であり、または構成され、またはプログラムされてよい。制御手段は、電極を制御するためのものとすることができる。制御手段は、たとえば繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向するために、繊維床に対する静電荷の中断および再印可を交互に行うように構成され、またはプログラムされてよい。
【００４０】
装置は、たとえば繊維床を電極間の空間の内外に搬送するための搬送手段を備えることができる。搬送手段は、たとえば、シートの１つまたは複数に接触するか、またはこれを担持するための１つまたは複数のローラを含むことができる。ローラの少なくとも１つは、駆動機構によって駆動され得る。
【００４１】
電極の対は、第１の電極の対を含むことができ、ならびに／または装置は、１つまたは複数の別の電極の対を備える。１つまたは複数の別の電極の対は、第２の対、任意選択により、第３、第４、第５、またはこれに続く対を含むことができる。別の電極の対は、第１の電極の対と挟み込み手段との間にあることができる。搬送手段は、繊維床を第１の電極の対から、たとえば繊維床に対する静電荷の印可および中断を交互に行うためのおよび／または繊維の少なくとも一部を電極に実質的に直交するように配向するために別の電極の対まで搬送するように構成され得る。
【００４２】
電極の少なくとも１つは、たとえば、配向された繊維のパターンを複合シート材料内に与えるためにパターン付けされ得る。パターンは、たとえば、シートに実質的に平行な方向に延びることができる、１つまたは複数のラインまたはチャネルを繊維間に与えるために、１つまたは複数のラインを含むことができる。
【００４３】
追加的にまたは代替的に、電極の少なくとも１つは、たとえば繊維床に対して、および／またはシートの少なくとも１つに対して、および／または少なくとも１つの他の電極に対して移動可能であってよい。移動可能な電極は、たとえば配向された繊維のパターンを複合シート材料内に与えるために、１つまたは複数の所定の領域内におよび／または所定のパターンに従って繊維を配向するように移動可能であってよい。制御手段は、１つまたは複数の領域内におよび／またはパターンに従って、またはパターンを作り出すように繊維を配向するために、移動可能な電極を経路に沿って移動させるように動作可能であり、構成され、またはプログラムされてよく、この領域またはパターンは、シートに実質的に平行な方向に延びることができる、１つまたは複数のラインまたはチャネルを繊維間に含み、生み出し、または与えることができる。
【００４４】
このまたは各挟み込み手段は、配向された繊維をシート間に圧縮するように構成されるか、または動作可能であってよく、たとえばそのように位置決めされるか、または移動可能であってよい対向要素を備えることができる。対向要素の少なくとも１つは、ローラを含むことができる。
【００４５】
本発明の別の態様は、上記で説明した方法によって、および／または上記で説明した装置を使用して形成され得る複合シート材料を提供する。
【００４６】
本発明の別の態様は、上記で説明した方法または装置の１つまたは複数のステップまたは特徴を使用して作製され得るか、または生み出され得る複合シート材料の生成物、プリフォーム、前駆体、要素、または中間生成物を提供する。
【００４７】
本発明のさらに別の態様は、複数の繊維をその一表面に備えたシートを備える複合シート材料の中間生成物であって、これらの繊維は、感圧性または非硬化性の接着剤によってシートに実質的に直交するように保持される、中間生成物を提供する。
【００４８】
生成物は、繊維がシート間に挟み込まれるように、たとえば構造または硬化性接着剤によって複数の繊維に接着され得る別のシートを備えることができる。
【００４９】
本発明の別の態様は、複数の繊維が実質的にシートに直交するように間に挟み込まれる第１および第２のシートを備える複合シート材料であって、繊維が、感圧性または非硬化性接着剤によって第１のシートに接着され、構造または硬化性接着剤によって第２のシートに接着される、複合シート材料を提供する。
【００５０】
繊維は、特定の用途に適した任意の長さを含むことができる。諸実施形態では、繊維の長さは、１０ｍｍ以上であってよい。代替的には、繊維の長さは、１０ｍｍ以下であってよい。
【００５１】
本発明のさらに別の態様は、複数の繊維が実質的にシートに直交するように間に挟み込まれる第１および第２のシートを備える複合シート材料であって、繊維の長さが１０ｍｍ以下である、複合シート材料を提供する。
【００５２】
繊維の長さは、５ｍｍ以下、たとえば１ｍｍから４ｍｍの間などの４ｍｍ以下、または約３ｍｍなどの２ｍｍから４ｍｍの間であってよい。諸実施形態では、繊維は、たとえば１ｍｍ未満の繊維または１００μｍ以下、たとえば１０μｍ以下の繊維などのマイクロファイバを含む。諸実施形態では、繊維は、たとえば１μｍ未満の繊維または１００ｎｍ以下、たとえば１０ｎｍ以下の繊維などのナノファイバを含む。繊維の長さは、平均または中間値または中央値の繊維長さを含むことができる。
【００５３】
生成物または複合シート材料の１つまたは複数の領域は、たとえばパターンを与えるために、繊維を有さなくてよい。パターンは、シート間に形成され得る１つまたは複数のラインまたはチャネルを含むことができる。
【００５４】
シートの少なくとも１つは、可撓性であってよい。シートの少なくとも１つ、たとえば第１および／または第２および／または第３のシートは、プラスチック材料を含むことができ、このプラスチック材料は、炭素もしくはガラス繊維補強された繊維材料などの繊維補強されたプラスチック材料、またはシート金属などの金属もしくは金属性材料であってよい。諸実施形態では、第１のシートは、紙またはポリマー放出シートを含む。
【００５５】
放出シートとは、破棄可能であり、最終生成物の一部を構成しない犠牲シートを意味する。放出シートは、接着表面を含むことができ、接着表面は、感圧性および／または非硬化性接着剤を含むことができる。放出シートは、中間生成物に損傷を生じさせずに最小限の物理力だけで中間生成物から除去可能とすることができる。有利には、これは、第１のシート、すなわち放出シートに接着された配向された繊維を含む中間生成物の品質を、配向された繊維を貴重な第２のシートに構造または硬化性接着剤を使用して恒久的に結合する前に評価することを可能にする。
【００５６】
より有利には、中間生成物は、第１のシートとして放出シートを含み、その表面上にこれに実質的に直交するように感圧性または非硬化性接着剤によって保持された複数の繊維は、さらに処理され得る。たとえば、放出シートは、繊維が位置ずれした領域を含むことがある。電極は、再通電されて繊維を再配向することによって正しく位置合わせすることができ、繊維または貴重な第２のシート材料を無駄にしない。
【００５７】
代替的には、接着された繊維の領域が放出シートから除去されてよく、第２のシートへの恒久的な接着の前に、他のタイプの配向された繊維が、別のステップにおいてこれらの占有されていない領域に接着されてよい。
【００５８】
構造または硬化性接着剤は、硬化され得る。生成物または複合シート材料は、硬化された接着剤上および／または繊維の少なくとも一部間に樹脂を含むことができる。樹脂は、硬化または乾燥され得る。少なくとも１つのシートは、たとえば硬化または乾燥された樹脂によって少なくとも部分的に保持された形状に合わせて変形され得る。
【００５９】
本発明の別の態様は、複数の繊維が実質的にシートに直交するように間に挟み込まれた第１および第２のシートを備える複合シート材料であって、少なくとも１つのシートが、硬化または乾燥された樹脂によって少なくとも部分的に保持された形状に合わせて変形される、複合シート材料を提供する。
【００６０】
疑義を避けるために、本明細書に説明する特徴のいずれも、本発明の任意の態様に同様に適用される。たとえば、装置は、これに関連する方法の任意の１つまたは複数の特徴を含むことができ、またその逆も言える。同様に、中間生成物または複合シート材料は、方法または装置の１つまたは複数の特徴に関連する任意の１つまたは複数の特徴を含むことができ、および／または中間生成物は、複合シート材料の１つまたは複数の特徴を含むことができ、またその逆も言える。
【００６１】
本発明の別の態様は、上述した方法の１つまたは複数のステップを実施するための手順をプロセッサに実行させるためのコンピュータ可読プログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム要素を提供する。本発明のさらに別の態様は、コンピュータ可読媒体上に埋め込まれたコンピュータプログラム要素を提供する。本発明のさらに別の態様は、プログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体を提供し、ここではプログラムは、上述した方法の１つまたは複数のステップを実施するための手順をコンピュータに実行させるように構成される。
【００６２】
本発明のさらに別の態様は、上述したコンピュータプログラム要素またはコンピュータ可読媒体を備える制御手段または制御システムまたは制御装置を提供する。
【００６３】
本開示の目的のために、かつ上記にかかわらず、本明細書において説明するいずれの制御装置、制御ユニットおよび／または制御手段も、１つまたは複数の電子プロセッサを有する制御ユニットまたは計算装置を各々が備えることができることを理解されたい。制御装置は、単一の制御ユニットもしくは電子制御装置を備えることができ、または代替的に、システムまたは装置の制御の種々の機能が、種々の制御ユニットまたは制御装置または制御モジュール内に実装されるか、または受け入れられてよい。本明細書では、「制御ユニット」および「制御装置」という用語は、単一の制御ユニットもしくは制御装置、および必要とされる制御機能をもたらすようにまとめて作動する複数の制御ユニットもしくは制御装置の両方を含むように理解される。命令のセットが提供可能であり、この命令のセットは、実行されたとき、上記制御装置または制御ユニットまたは制御モジュールに本明細書において説明する制御技術（本明細書において説明する方法を含む）を実施させる。命令のセットは、１つまたは複数の電子プロセッサ内に埋め込まれてよく、または代替的には、１つまたは複数の電子プロセッサによって実行されるソフトウェアとして提供されてよい。たとえば、第１の制御装置が１つまたは複数の電子プロセッサ上で実行するソフトウェア内で実施されてよく、１つまたは複数の他の制御装置もまた、１つまたは複数の電子プロセッサ、任意選択により、第１の制御装置と同じ１つまたは複数のプロセッサ上で実行されるソフトウェア内で実施されてよい。しかし、他の構成も有用であり、したがって、本発明は、いかなる特定の構成にも限定されることを意図しないことが理解されよう。いずれの場合も、本明細書において説明する命令のセットは、コンピュータ可読記憶媒体（たとえば持続性記憶媒体）内に埋め込まれてよく、コンピュータ可読記憶媒体は、機械または電子プロセッサ／計算装置によって読み取り可能な形態で情報を記憶するための任意の機構、それだけに限定されないが、磁気記憶媒体（たとえばフロッピーディスク）、光学記憶媒体（たとえばＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラム可能メモリ（たとえばＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、またはそのような情報／命令を記憶するための電気または他のタイプの媒体を含むことができる。
【００６４】
本出願の範囲内では、先行する段落、特許請求の範囲、および／または以下の説明および図において記載するさまざまな態様、実施形態、例、および代替策、特にその個々の特徴が、独立的にまたは任意の組み合わせで考えることができることが明示的に意図される。すなわち、すべての実施形態および／または任意の実施形態の特徴は、そのような特徴が不適合でない限り、任意の形でおよび／または組み合わせで組み合わせ可能である。疑義を避けるために、本明細書において使用する用語「され得る」、「および／または」、「たとえば」、「たとえば」、および任意の類似の用語は、そのような説明した特徴が存在する必要がないように非限定的として解釈されなければならない。実際、任意選択の特徴の任意の組み合わせが、これらが明示的に特許請求されるか否かにかかわらず、本発明の範囲から逸脱することなく明示的に企図される。本出願者は、最初に出願された請求項を変更し、またはそれにしたがって新しい請求項を出願する権利を保有し、この権利は、最初に出願された請求項を、最初にそのような形で特許請求されなかった任意の他の請求項の任意の特徴に従属するようにおよび／または組み込むように補正する権利を含む。
【００６５】
次に、本発明の実施形態が、添付の図を参照して例としてのみ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態による方法において第１のシート上に繊維を配向し装填する一連の画像である。
【図２】図１に示す配向段階中の繊維の１つの移動を表す概略図である。
【図３】配向された繊維を担持する第１の放出シートに第２のシートを施与する図である。
【図４】配向された繊維を担持する第２のシートから第１のシートを除去する図である。
【図５】本発明の実施形態による、複合構造を形成するために、配向された繊維を担持する第２のシートに第３のシートを施与する図である。
【図６】方法の中間生成物である、配向された繊維を担持する第２のシートの画像である。
【図７】複合シート材料を形成するための本発明の実施形態による装置の概略図である。
【図８】複合シート材料を形成するための本発明の別の実施形態による装置の概略図である。
【図９】複合シート材料を形成するための本発明のさらに別の実施形態による装置の概略図である。
【図１０】複合シート材料を形成するための本発明のさらに別の実施形態による装置の概略図である。
【図１１】代替の複合構造と比較した、本発明によって形成された複合シートの性能を示すグラフである。
【図１２】代替の複合構造と比較した、本発明によって形成された複合シートの性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１から６を参照すれば、本発明は、離間された水平の電極プレートまたはコンデンサプレート１０、１１の対を有する装置１を使用して複合シート材料を形成する方法を提供する。図１ａに示すように、繊維２０の床２が、第１の最も下側の電極プレート１０上に置かれ、第１の放出シート３が、第２の最も上側の電極プレート１１に固定される。放出シート３は、第１の電極プレート１０を向くその主要面上に感圧性接着剤３０を含む。放出シート３は、紙またはプラスチックフィルムなどの任意の適切な材料から形成され得る。
【００６８】
図１ｂに示すように、電極プレート１０、１１は、次いで、通電されて静電荷を床２に印可し、それによって繊維２０の少なくとも一部を電極プレート１０、１１に実質的に直交するように配向する。静電荷を連続的に印可することにより、配向された繊維２０の少なくとも一部は床２から第２の電極プレート１１に向かって移動する。これらの繊維２０は第１のシート３の接着剤３０に接着し、その配向は、それ自体の重量による重力によって維持される。図１ｃに示すように、静電荷を連続的に印可することにより、繊維２０は第１のシート３に従属する鎖も形成する。しかし、電極プレート１０が通電解除されたとき、第１のシート３の接着剤３０に接着されていない繊維２０は、図１ｄに示すように床２に落下して戻る。任意選択により、電極プレート１０、１１への電力は、配向された繊維２０のより密度の高い配列を第１のシート３上に作り出すために、これらのプレートの通電、通電解除、および再通電を交互に行うように循環され得る。
【００６９】
図２は、繊維２０の１つの静電配向を示す。この実施形態では、第１の最も下側の電極プレート１０は、正に帯電し、第２の最も上側の電極プレート１１は、負に帯電する。電荷の蓄積は、束２内の繊維２０の位置により不均一となり、その結果、繊維２０の第１の下側端部にある力Ｆ１は、その第２のより高い端部にある力Ｆ２より小さい。最初の配向トルクは、したがって、中央点Ａ周りに与えられる。第２のより高い端部にある力Ｆ２は、したがって、繊維２０を第２の電極プレート１１に向かって持ち上げ、これらの間の距離を低減し、したがってＦ２をさらに増大させる。このプロセスは、繊維２０が垂直に位置合わせされるまで続く。
【００７０】
静電場の影響下の繊維２０の動作は、中央点Ａ周りの回転動作と第２の最も上側の電極プレート１１に向かう垂直加速の２つの成分に分解することができ、正のｘ方向の垂直加速はこの場合上方向であると考えることができる。
【００７１】
繊維２０の最初の位置決めは正プレートに対して完全に平坦ではないため、電荷分布は非対称となり、「より高い」端部は、より下側の端部にある正味電荷σＱ１より僅かに大きい正味電荷σＱ２を有する。
【００７２】
プレート面積が、プレート間の距離と比較して大きいという状態下で有効である、無限平板近似を使用することにより、ガウスの法則を使用して電極プレート１０、１１間の電場を見つけることができる。これは、以下の式によって与えられた均一な電場Ｅを生み出す。
【００７３】
【数１】
2019519695.tif 000003
式中、ε０は自由空間の誘電率であり、εｒは、絶縁体の相対誘電率である。空気の場合、εｒは約１に等しい。
【００７４】
電荷σＱ2およびσＱ1の両方は、繊維２０上にその中心の中央点Ａを通って作用するトルクを及ぼす。各々の端部によって生み出されたトルクτの大きさは、以下の式によって与えられる。
τ＝Ｆｄ
式中、Ｆは、電場によって及ぼされた各端部上の力であり、ｄは力の作用点から中央点Ａまでの垂直距離である。繊維２０の半径がｒおよびその長さ２Ｌになるように考えられ、力が繊維２０の端部から作用すると仮定される場合、これらの力は、中心から距離Ｌのところで作用する。
【００７５】
σＱ２は、反時計回りのモーメントを生み出し、σＱ１は、時計回りのモーメントを生み出す。σＱ2＞σＱ1のとき、反時計回りのモーメントはより大きくなる。正味トルクＴＮは、以下の式によって与えられる。
τΝ＝（δＱ２−δＱ１）ＥＬ．ｓｉｎ（θ）
式中、Ｅは、上記で与えられたような電極プレート１０、１１間の電場であり、θは繊維２０の軸と垂直との間の角度である。
【００７６】
このモーメントは、中央点Ａ周りの反時計回り方向の繊維２０の正味回転を引き起こす。しかし、繊維２０の角運動量は、これを垂直位置合わせの平衡位置を超えて運ぶ。その結果生じる振動は、電極プレート１０、１１間内の流体（この場合は空気）との摩擦によって減衰され、以下の動作の方程式によって説明され得る。
【００７７】
【数２】
2019519695.tif 000004
式中、βは、減衰定数であり、Ｉは繊維の（その主軸に対向する）その中点直径周りの繊維２０の慣性モーメントである。
【００７８】
【数３】
2019519695.tif 000005
【００７９】
上記の二次常微分方程式は、分析的解を有さないが、振動の角度振幅が「小さい」と仮定される場合、ｓｉｎ（θ）≒θであり、微分方程式は以下のように再記述され得る。
【００８０】
【数４】
2019519695.tif 000006
【００８１】
便宜上、ζは以下のように定義されていることに留意されたい。
ζ＝（δＱ２−δＱ１）ＥＬ
【００８２】
この方程式に対する解は、以下の形態を有する。
θ＝ｅλｔ
式中、λは以下によって与えられるパラメータである。
【００８３】
【数５】
2019519695.tif 000007
【００８４】
判別式の値（β２−４Ｉζ）は、発生する減衰のタイプを決定する。β２＞４Ｉζである場合、繊維２０の振動は、過剰減衰され、β２＜４Ｉζである場合、これらは過小減衰され、β２＝４Ｉζの場合、これらは臨界的に減衰される。
【００８５】
完全に表すと、以下のように言うことができる：
【００８６】
【数６】
2019519695.tif 000008
【００８７】
動作の回転成分の正味結果は、繊維２０が、その長さを電場に平行にして配向され、より大きい電荷濃度（δＱ２）を有する端部は、第２の負に帯電したプレート１１により近くなるものである。
【００８８】
繊維２０の垂直動作は、その正味電荷＋Ｑと、電極プレート１０、１１間の電場との相互作用によって引き起こされる。この電場による繊維２０上の正味力Ｆは、以下によって与えられる
【００８９】
【数７】
2019519695.tif 000009
【００９０】
絶縁体を通過することによる繊維２０上の粘性効力に対して考慮が与えられなければならず、この粘性効力は、線形であるように仮定され、動作に対して非平行に、負のｘ方向に作用する。
【００９１】
繊維２０の重量に対しても考慮が与えられなければならず、この重量もまた、負のｘ方向に作用し、一方で浮力ｗは正のｘ方向に作用する。
【００９２】
これは、動作の以下の二次線形不均一常微分方程式を生み出す。
【００９３】
【数８】
2019519695.tif 000010
式中、αは繊維２０の形状によって決定された数値効力係数であり、ｍはその質量であり、ｇは重力場の強さである。繊維２０によって流体に提示される断面が異なるため、αが回転動作断面においてβと同じ値を有さないことに留意されたい。
【００９４】
より簡単に解ける形でこれを再記述する。
【００９５】
【数９】
2019519695.tif 000011
【００９６】
この式は、一般解を有する
【００９７】
【数１０】
2019519695.tif 000012
式中、ｋ１およびｋ２は、未知の定数であり、Ｃは以下に等しい定数項である。
【００９８】
【数１１】
2019519695.tif 000013
【００９９】
繊維２０が静止状態であり、
【０１００】
【数１２】
2019519695.tif 000014
で始まり、これが第１の最も下側の電極プレート１０に隣接する位置（ｘ＝０）から開始するという最初の条件を使用することにより、未知の定数に対する解を得ることができ、以下に見出される。
【０１０１】
【数１３】
2019519695.tif 000015
【０１０２】
したがって、繊維２０に対する動作の線形方程式は以下となる。
【０１０３】
【数１４】
2019519695.tif 000016
【０１０４】
次に図３を参照すれば、第１のプリフォームまたは中間生成物ＩＰ１と称することができる、配向された繊維２０を担持する第１のシート３は、第２の電極プレート１１から除去され、繊維２０を最も上側にして基板上に置かれる。構造接着剤４０をその主要表面上に有する第２のシート４が、接着剤４０を繊維２０に向けて繊維２０の上部に置かれる。この実施形態では、第２のシート４は、炭素繊維補強されたポリマー材料から形成される。圧力Ｐが次いで、第２のシート４に印可されて、繊維２０を第１のシート３と第２のシート４間に挟み込み、それによって第２のプリフォームまたは中間生成物ＩＰ２を形成する。この時点で、第２のシート４の接着剤４０を、好ましくは、十分な期間乾燥または硬化させて、繊維２０が、第１のシート３の感圧性接着剤３０より強い結合力で第２のシート４に接着されることを確実にし、それによって第３のプリフォームまたは中間生成物ＩＰ３を形成する。
【０１０５】
次に図４を参照すれば、第２または第３の中間生成物ＩＰ２、ＩＰ３は、第２のシート４が最も下側になり、第１の放出シート３が最も上側になるようにひっくり返される。第２のシート４の接着剤４０が十分に乾燥または硬化されたとき、第１の放出シート３は、次いで、繊維２０から剥がされ、図６に示す第４のプリフォームまたは中間生成物ＩＰ４が残る。
【０１０６】
図５に示すように、構造接着剤５０をその主要表面上に有する第３のシート５が、接着剤５０を繊維２０に向けて、繊維２０の上部に置かれる。この実施形態では、第３のシート５もまた、炭素繊維補強されたポリマー材料から形成される。圧力Ｐが、次いで、第３のシート５に印可されて、繊維２０を第２と第３のシート４、５間に挟み込み、それによって第５のプリフォームまたは中間生成物ＩＰ５を形成する。
【０１０７】
１つの実施形態では、第２のシート４および第３のシート５の接着剤４０、５０は、完全に乾燥または硬化されて最終の複合シートを形成する。別の実施形態では、この構成は、第６のプリフォームまたは中間生成物ＩＰ６であり、流体樹脂が、次いで、たとえばその１つまたは複数の側から繊維２０間に導入され、シートは次いでその中心周りで回転または旋回され（Ｓ）て過剰な樹脂を排出する。樹脂は、次いで、たとえばヒータ（図示せず）を使用して乾燥または硬化されて、最終の複合シートを形成する。
【０１０８】
次に図７を参照すれば、第１の実施形態に類似する本発明の第２の実施形態による装置１００が示され、ここでは同じ参照番号は、ここではこれ以上説明されない同じ特徴を示す。この実施形態による装置１００は、ローラ１０３の対間で駆動され、電極プレート１０、１１間を走るエンドレスベルト１０２を備えた搬送装置１０１を含む。ホッパ１０４が繊維２０を搬送装置上に供給して、電極プレート１０、１１の上流側に床２を形成する。
【０１０９】
装置は、それぞれの第１、第２、および第３のシート材料１３１、１４１、１５１を各々が担持する第１、第２、および第３の送り出しローラ１３０、１４０、１５０を含む供給手段を含む。第１のシート材料１３１は、第１の送り出しローラ１３０上で最も外側である、そのシートの主要表面上に感圧性接着剤１３２を含む。第２のシート材料１４１は、第２の送り出しローラ１４０上で最も内側である、そのシートの主要表面上に構造接着剤１４２を含む。第３のシート材料１５１もまた、第３の送り出しローラ１５０上で最も外側である、そのシートの主要表面上に構造接着剤１５２を含む。
【０１１０】
第１の送り出しローラ１３０は、搬送装置１０１の上方にあり、第１のシート材料１３１を繊維２０の床２と第２の最も上側の電極プレート１０との間に、第１の位置合わせローラ１３３によって、接着剤１３２を繊維２０に向けて送る。電極プレート１０、１１は、通電されて、繊維２０を配向し、床２から移動させて、第１の実施形態に関連して上記で説明したような直交配向で接着剤１３２に接着する。第１のシート材料１３１は、次いで、電極１０、１１間の空間から出て、第１のシート材料１３１に接着されていない繊維２０はすべて、第１の実施形態に関連して上記で説明したように床２に落下して戻る。第１のシート材料１３１は、次いで、挟み込みローラ１３４、１４４の第１の対間に送られる。第２の送り出しローラ１４０は、搬送装置１０１の下方にあり、これも第２のシート１４１を、第１のシート材料１３１の下方の挟み込みローラ１３４、１４４内に、接着剤１４２を繊維２０に向けて送る。挟み込みローラ１３４、１４４は、圧力を印可して繊維２０を第２のシート材料１４１の接着剤１４２に押し込む。第１のシート材料１３１は、次いで、最も上側の挟み込みローラ１３４から排出ローラ１３５に送られて繊維２０から除去される。この実施形態では、挟み込みローラ１３４、１４４は加熱されて、第１のシート材料１３１が除去されるときに繊維を保持するよう接着剤１４２の十分な乾燥または硬化を促す。
【０１１１】
装置１００はまた、挟み込みローラ１３４、１４４の第１の対の下流側に、第２のシート１４１上の直立する繊維２０の層上に樹脂１６１を噴霧する噴霧ステーション１６０の形態の任意選択の樹脂導入手段を含む。樹脂が含浸した直立繊維２０を有する第２のシート１４１は、次いで、挟み込みローラ１４５、１５５の第２の対間に送られる。第３の送り出しローラ１５０は、第３のシート１５１を、これがその接着剤１５２を繊維２０に向けて第２のシート材料の上方になるように、挟み込みローラ１４５、１５５内に上方から送る。挟み込みローラ１４５、１５５は、圧力を印可して繊維２０を第３のシート材料１５１の接着剤１５２に押し込む。この実施形態では、挟み込みローラ１４５、１５５の第２の対も加熱されて、接着剤１４２、１５２を、最終の複合シート材料１６０になるよう乾燥または硬化させるよう促す。装置はまた、この目的のために下流側のヒータを含むことができる。
【０１１２】
次に図８を参照すれば、第２の実施形態による装置１００に類似する本発明の第３の実施形態による装置２００が示され、ここでは同じ参照番号は、ここではこれ以上説明されない同じ特徴を示す。この実施形態による装置２００は、電極１０’、１１’、および１０”、１１”の２つの別の対が含まれ、これらの対は、配向された繊維２０のより密度の高い配列を第１のシート材料１３１上に作り出すために、繊維２０の床２に対する静電荷の印可、中断、および再印可を交互に行うために互いから離間される点において、第２の実施形態のものとは異なる。
【０１１３】
次に図９を参照すれば、第２の実施形態による装置１００に類似する本発明の第４の実施形態による装置３００が示され、ここでは同じ参照番号は、ここではこれ以上説明されない同じ特徴を示す。この実施形態による装置３００は、第１の送り出しローラ１３０が、第３のシート材料１５１を担持し、第１の放出シート材料１３１が省略される点において、第２の実施形態のものとは異なる。したがって、第３のシート材料１５１は、繊維２０を、これらが電極プレート１０、１１によって配向されるときに捕捉するために使用され、次いで、挟み込みローラ１３４、１４４の第１の対間に送られ、ここで繊維２０は、第２のシート材料と第３のシート材料１４１、１５１間に挟み込まれる。噴霧ステーション１６０は、配向された繊維２０が従属する第３のシート材料１５１の下方に配置され、シート材料が挟み込みローラ１３４、１４４に入るときに樹脂１６１をその上に噴霧する。これは簡易化されたプロセスであるが、これは、静電場がすべて浸透することを確実にするためにシート材料１５１の選択を制限し得る。
【０１１４】
次に図１０を参照すれば、第４の実施形態による装置３００に類似する本発明の第５の実施形態による装置４００が示され、ここでは同じ参照番号は、ここではこれ以上説明されない同じ特徴を示す。この実施形態による装置４００は、電極１０、１１の対が一連の３つの移動可能な電極の対４１０、４１１、４１０’、４１１’、および４１０”、４１１”で置き換えられる点において第４の実施形態のものとは異なる。電極の対４１０、４１１、４１０’、４１１’、および４１０”、４１１”の各々は、配向された繊維２０のパターンを複合シート材料内に与えるために繊維２０を１つまたは複数の所定の領域内におよび／または所定のパターンに従って配向するように繊維２０の床２に対して移動可能である。電極の対４１０、４１１、４１０’、４１１’、および４１０”、４１１”は、配向された繊維２０の所望の配列密度を作り出すために、繊維２０の床２の領域に対する静電荷の印可、中断、および再印可を交互に行うために使用されてよいことが理解されよう。
【０１１５】
上記で明示した装置の各々において、樹脂噴霧ステーション１６０（または他の樹脂施与手段）が設けられ得る。樹脂施与手段は、複合シート全体にわたって、またはその一部分にわたって樹脂を与えることができる。たとえば、（たとえばパターン付けされたまたは局所化された電極を使用して）繊維がパターン付けされた場合、樹脂は、繊維が存在する領域に施与されてよいが、自由チャネルを形成するよう意図される領域には施与されない。
【０１１６】
第３のシート材料１４１が施与された後、複合生成物を非直線形状になるように形成することができ、次いで接着剤（および／または施与される場合、樹脂）を硬化させ非直線形状を保持することができる。代替的には、複合生成物は、所望の形状に合わせて切断され、次いで、所望のプロファイル形状に形成されてよい。
【０１１７】
図１１は、図１〜６に示す本発明の方法によって作成された複合シート材料Ａをアルミニウムハニカム複合シート材料Ｂおよびノーメックスハニカムシート材料Ｃのものと比較した、横方向圧縮試験の結果を示す。複合シート材料Ａは、エポキシ樹脂内の単向性の炭素繊維プリプレグから形成されたシートの対間に挟み込まれた３ｍｍの平均長さを有するＥ−ガラス繊維を使用して構築された。ハニカム複合シートＢ、Ｃはまた、エポキシ樹脂内の単向性の炭素繊維プリプレグから形成されたシートの対間に挟み込まれた３ｍｍセル構造を使用して構築された。図１２は、一連の圧縮試験において複合シート材料Ａ、Ｂ、Ｃの各々によって達成された最大圧縮強度を示す。
【０１１８】
前述の実施形態に対するいくつかの変形形態が本発明の範囲から逸脱することなく企図されることが、当業者によって理解されるであろう。また、前述の特徴および／または付属の図に示すものの任意の数の組み合わせが、従来技術に勝る明確な利点を提供し、したがって、本明細書において説明する本発明の範囲内に入ることも当業者によって理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１１９】
２  床
３  第１の放出シート
４  第２のシート
５  第３のシート
１０  第１の電極プレート
１１  第２の電極プレート
１０’、１１’、１０”、１１”、４１０、４１１、４１０’、４１１’、４１０”、４１１”  電極
２０  繊維
３０、１３２  感圧性接着剤
４０、５０、１４２、１５２  構造接着剤
１００、２００、３００、４００  装置
１０１  搬送装置
１０２  エンドレスベルト
１０３  ローラ
１０４  ホッパ
１３０  第１の送り出しローラ
１３１  第１のシート材料
１３３  第１の位置合わせローラ
１３４、１４４、１４５、１５５  挟み込みローラ
１４０  第２の送り出しローラ
１４１  第２のシート材料
１５０  第３の送り出しローラ
１５１  第３のシート材料
１６０  噴霧ステーション
１６１  樹脂
Ａ  中央点
Ａ  複合シート材料
Ｂ  アルミニウムハニカム複合シート材料
Ｃ  ノーメックスハニカムシート材料
Ｃ  定数
ｄ  垂直距離
Ｅ  電場
Ｆ  正味力
Ｆ１  力
Ｆ２  力
ｇ  重力場の強さ
ＩＰ１  第１のプリフォームまたは中間生成物
ＩＰ２  第２のプリフォームまたは中間生成物
ＩＰ３  第３のプリフォームまたは中間生成物
ＩＰ４  第４のプリフォームまたは中間生成物
ＩＰ５  第５のプリフォームまたは中間生成物
ＩＰ６  第６のプリフォームまたは中間生成物
ｋ１、ｋ２  未知の定数
Ｌ  距離
ｍ  質量
Ｐ  圧力
ｒ  繊維の半径
ＴＮ  正味トルク
ｗ  浮力
ｘ  方向
α  数値効力係数
β  減衰定数
θ  繊維の軸と垂直との間の角度
σＱ１、σＱ２  正味電荷
ε０  自由空間の誘電率
εｒ  絶縁体の相対誘電率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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